JP2001043832A - 誘電体バリア放電ランプ、およびその光照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電容器から放射される紫外光を効率よく取
り出すことができる誘電体バリア放電ランプとその光照
射装置を提供することにある。 【解決手段】 放電容器の中に誘電体バリア放電によっ
てエキシマ分子を形成する放電用ガスを充填し、この放
電容器の中で放電用ガスに直接接触して配置する内部電
極と、放電容器の外部に配置する外部電極よりなる誘電
体バリア放電ランプにおいて、前記内部電極は、前記外
部電極に向って広がるような構成であるとともに、当該
内部電極内部に透光空間を形成していることを特徴とす
る。さらに、放電容器内部の投影面積をＳb、前記内部
電極の投影面積をＳe、この内部電極に用いられる材料
のエキシマ光の中心発光波長での反射率をＲとしたとき
に、（１−Ｒ）×Ｓｅ／Ｓｂの値が１０以下であること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光化学反応用の紫外
線光源として使用される放電ランプの一種で、誘電体バ
リア放電によってエキシマ分子を形成し、該エキシマ分
子から放射される光を利用するいわゆる誘電体バリア放
電ランプと、その光照射装置に関する。

【０００２】

【従来技術】この発明の誘電体バリア放電ランプについ
ては、例えば、特開平１−１４４５６０号、あるいは米
国特許９，８３７，４８４号等に記載され、そこには放
電容器にエキシマ分子を作るガスを充填し、誘電体バリ
ア放電によってエキシマ分子から放射される光を取り出
す放射器、すなわち誘電体バリア放電ランプについて記
載されている。また、誘電体バリア放電ランプは、別名
をオゾナイザ放電、あるいは無声放電といい、電気学会
発行改定新版「放電ハンドブック」平成１年６月再版７
刷発行第２６３ページに説明される。

【０００３】これらの文献には、略円筒状の放電容器の
少なくとも一部が誘電体バリア放電の誘電体を兼ねてお
り、また、誘電体は透過性であって、エキシマ分子から
の光が放射されることが記載される。そして、誘電体バ
リア放電ランプは、従来の低圧水銀ランプや高圧アーク
放電ランプにない特徴、例えば、その中心波長は１７２
ｎｍという短い波長の真空紫外線を放射して、しかも線
スペクトルに近い単一波長の光を選択的に高効率で発生
する、を有している。

【０００４】また、特開平７−２７２６９２号、特開平
７−２２０６９０号には一方の電極を放電容器内に放電
用ガスに直接接触するように配置した構造の誘電体バリ
ア放電ランプが記載される。このように、一方の電極、
すなわち、内部電極を放電用ガスに直接接触させる構造
の場合、放電空間で電力注入が容易であるという利点が
ある。その一方で放電が電極の一点に集中して電極間に
形成される放電プラズマが一条に収斂しないようにする
必要がある。すなわち、電極の一箇所からアーク放電が
生じないようにする必要があるということである。この
ため、上記先行文献では、放電容器の内径と内部電極と
の距離、すなわち、両電極間の距離を規定している。

【０００５】ここで、近年は、誘電体バリア放電ランプ
を使った光処理の光反応速度の向上が強く求められ、そ
れに伴いランプからの放射出力をより一層向上する要求
が強く存在する。このような誘電体バリア放電ランプの
高出力化の要求に答えるためには、ランプ入力を増大さ
せる方法ある。しかし、単純にランプ入力を増大させる
と、放電容器の温度が上昇して、特に光を取り出す窓部
材の温度が上昇する。この場合にエキシマ分子から放射
される紫外光の透過率が低下し、結果的にはランプから
の放射効率を低下させることになる。もちろん、ランプ
の周囲に冷却機構を設けることもできるが、必ずしも容
易に冷却機構が設けられない場合があり、また、仮に設
けられたとしても構造の複雑化やコストアップは避けら
れない。

【０００６】また別の方法として、ランプ入力は増大さ
せるが、放電容器の径を大きくして放電容器に対する単
位面積当たりの入力を小さくする方法もある。この方法
の場合は放電容器の温度上昇をある程度抑えることがで
きる。しかしながら、放電容器の径を大きくすると、前
述のように安定な放電プラズマを得るためには、両電極
間の距離をある程度維持する必要があり、結果的には内
部電極の外径も大きくする必要が生ずる。このような従
来の誘電体バリア放電ランプを図２に示す。（ａ）は横
断面図を示し、（ｂ）は（ａ）図においてＡ−Ａ’によ
る断面図を示す。図において、誘電体バリア放電ランプ
は全体形状が略円筒状の放電容器１で構成され、この放
電容器１の内部に放電用ガスが充填される。さらに放電
容器１の内部には放電用ガスと直接接触するように内部
電極２が配置され、放電容器の外側表面には外部電極３
が配置する。内部電極２と外部電極３は電源４に接続さ
れる。この場合の内部電極２は無空の金属棒、あるいは
パイプ状金属よりなる。つまり、内部電極２は外部電極
３との距離をある程度維持すべく太径のものとなり、前
記先行文献で示したような、いわゆる細長いものではな
い。

【０００７】しかしながら、図に示したように内部電極
が太径になると、内部電極周囲において発生した放電プ
ラズマからの紫外光が内部電極自身によって遮光されて
しまい、結果的には光の利用効率が低下することにな
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明が解
決しようとする課題は、放電容器から放射される紫外光
を効率よく取り出すことができる誘電体バリア放電ラン
プとその光照射装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る誘電体バ
リア放電ランプは、放電容器の中に誘電体バリア放電に
よってエキシマ分子を形成する放電用ガスを充填し、こ
の放電容器の中で放電用ガスに直接接触して配置する内
部電極と、放電容器の外部に配置する外部電極よりなる
誘電体バリア放電ランプにおいて、前記内部電極は、前
記外部電極に向って広がるような構成であるとともに、
当該内部電極は放電容器の径方向において放射光が突き
抜けることができる透光空間を形成していることを特徴
とする。さらに、放電容器内部の投影面積をＳb、前記
内部電極の投影面積をＳe、この内部電極に用いられる
材料のエキシマ光の中心発光波長での反射率をＲとした
ときに、（１−Ｒ）×Ｓｅ／Ｓｂの値が１０以下である
ことを特徴とする。

【００１０】さらに、前記内部電極の表面にアルミニウ
ム薄膜を取り付けたことを特徴とする。さらに、前記内
部電極は誘電体に覆われた部分を一ヶ所以上持つことを
特徴とする。さらに、前記内部電極は当該電極によって
形成される非放電空間内にゲッタを取り付けたことを特
徴とする。さらに、前記内部電極は、誘電体からなる構
成物で放電容器に支持されていることを特徴とする。さ
らに、前記支持体は合成石英ガラスにより構成されるこ
とを特徴とする。さらに、前記内部電極は放電用容器の
外径を狭めた部分によって支持されていることを特徴と
する。

【００１１】さらに、この発明に係る光照射装置は、誘
電体バリア放電ランプと、この誘電体バリア放電ランプ
の放電容器と一部において熱的に接触してなる放熱構造
体と、誘電体バリア放電ランプから放熱構造体とは反対
側に向けて放射される紫外光を透過する窓ガラスよりな
る光照射装置において、前記誘電体バリア放電ランプ
は、放電容器の中に誘電体バリア放電によってエキシマ
分子を形成する放電用ガスを充填し、この放電容器の中
に配置された内部電極と放電容器の外部に配置された外
部電極よりなり、前記内部電極が放電用ガスに直接接触
するとともに、この内部電極は外部電極に向って広がる
ように形成され、放電容器の径方向に放射光が突き抜け
る透光空間を有することを特徴とする。また、放電容器
内部の投影面積をＳb、金属電極の投影面積をＳe、該金
属電極に用いられる材料のエキシマ光の中心発光波長で
の反射率をＲとしたときに、（１−Ｒ）×Ｓｅ／Ｓｂの
値が１０以下であることを特徴とする。さらに、前記放
電容器が放熱構造体を熱的に接触する部分には、誘電体
バリア放電ランプから放射される紫外線を反射する層を
設けたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記のように、本発明の誘電体バリア放電ラン
プ（以下の単に「放電ランプ」ともいう）は、放電容器
に直接接触する内部電極は細長い棒状とするのではな
く、透光空間を形成するような構造であるので、内部電
極周辺のプラズマから発生した紫外光を内部電極自身で
遮光することなく高い取り出し効率でランプから放射さ
せることができる。図１にこの点を詳しく説明する。放
電容器１により全体形状が形成される放電ランプは内部
電極２と外部電極３からなり外部電極３は放電容器１を
構成する誘電体材料の外面に配置する。５は後述する放
熱構造体である。そして、（ａ）は従来の放電ランプの
光放射状態を示し、（ｂ）は本発明の放電ランプの光照
射状態を示す。なお、両者は内部電極の構造が異なるだ
けで他の構造は同じである。従来の放電ランプの内部電
極２、無空の金属棒、あるいはパイプ状のものであるた
め、内部電極の周辺（図において×で示す）で発生した
放電プラズマからの紫外光は良好にランプから放射させ
ることができず無駄となる。これに対して本願の放電ラ
ンプは、（ｂ）に示すように、内部電極２は透光空間を
有するので、放電容器の径方向において放射光が突き抜
けることができ、結果として光取り出し効率は大きく向
上する。ここで、本発明における「透光空間」とは内部
電極周辺の任意の１点から内部電極を中心にその反対側
方向に向って光を放射できるような空間を意味する。ま
た、放電容器は後述するように断面形状が円形に限ら
ず、他の形状のものも含むため、「径方向」とは、厳密
な意味で円形に対する径と言う意味ではなく、放電容器
内面の任意の１点から内部電極を結ぶ方向という意味に
なる。

【００１３】さらに、本発明の誘電体バリア放電ランプ
は、内部電極２が外部電極３に向って広がる構成であ
り、これにより放電容器１の外径を大きくしても良好な
放電が維持できるだけの電極間距離、すなわち内部電極
２と外部電極３の距離を維持できる。

【００１４】さらに、請求項２にかかる発明を説明す
る。本発明者らは、放電容器の外表面（円筒状の放電容
器の場合は円筒軸と直交する方向）から紫外光（以下
「エキシマ光ともいう」）を良好に取り出す場合には、
放電容器の投影面積に対する内部電極の投影面積と、内
部電極材質のエキシマ光の中心発光波長でのエキシマ光
に対する反射を最適化することで、高効率なランプが得
られることを発明した。放電容器内部の投影面積をＳ
b、内部電極の投影面積をＳe、Ｓbに対するＳeの比：Ｓ
e／Ｓbは小さい方が好ましく、放電空間に占める内部電
極の割合が少なくなる。しかしながら、この割合を小さ
くすることは、内部電極の面積を小さくし、放電を安定
させる電極の設計が難しくなる、もしくは内部電極を構
成する部材の素線径、板厚を小さくして電極を構成する
ことになり内部電極の強度が不足する。そこで、内部電
極は製作された構造体の内部の空間を光を透過させるこ
とのみを考えていたが、内部電極表面でのエキシマ光の
反射を利用することで内部電極の設計はさらに最適化さ
れることを確認した。電極の形状が複雑で放電容器内部
の投影面積に対する内部電極の投影面積比Ｓe／Ｓbが大
きい場合には、内部電極に利用するエキシマ光に対する
反射率の大きな材質を選定し、大きな投影面積比による
エキシマ光取り出し効率の低下を低減できる。逆に、Ｓ
e／Ｓbが小さい電極を設計する場合には、内部電極の反
射率が多少小さな材質でも実用上問題なく、強度を優先
した材質、素線径または肉厚等を選定出来る。そして、
本発明ではこのＳe／Ｓbと、内部電極のエキシマ光の中
心発光波長での反射率Ｒが、（１−Ｒ）×Ｓe／Ｓb＜１
０以下であれば、光の取り出す効率が、従来のランプに
比べ１．２倍以上の高効率なランプが得られることを発
明した。そして、（１−Ｒ）×Ｓe／Ｓbの値が１０以上
になると内部電極でのエキシマ光の損出が大きくなり、
従来のランプに比べ１．２倍に満たない光出力しか確保
出来ず、光の取り出し効率が悪い。

【００１５】さらに、請求項３の発明は、誘電体バリア
ランプの金属製の内部電極表面にアルミニウム薄膜を取
り付けることによって、内部電極表面でのエキシマ光の
反射率が０．９程度に向上し、内部電極での光の損出が
低下し、光の取り出し効率が向上する。

【００１６】さらに、請求項４の発明は、ランプから放
射される光の分布をコントロールする手段として、先の
金属線で構成された内部電極に誘電体からなる部品、部
材を取り付け、金属電極からの放電を抑制させること
で、ランプからの光の放射分布を任意の位置に設計する
ことができ、ランプ中央に比べて出力の弱いランプ端部
に放電を集中させて均一な配光設計をするような設計が
可能になる。

【００１７】さらに、請求項５の発明は、放電容器内に
ゲッタを入れることで不純ガスによる紫外線出力低下を
大きく防ぐことが出来る。放電容器内にゲッタを置く
と、ゲッタと内部電極または外部電極間で放電を生じ、
エキシマ光を生成する主放電が大きく不安定になる。し
かしながら、本発明の内部電極の内部には空間が存在
し、光を透過させている。本発明の電極は内部電極の外
周部で放電が起こるために、内部には金属を置いても放
電に影響しない空間を備えていることになり、この空間
内にゲッタを置いても放電が不安定になることはない。
放電容器内部の空間にゲッタが存在することで、放電空
間で発生した不純ガスを直ちに吸着してゲッタなしのラ
ンプに比べ、不純ガスに対して著しい安定性をもつ。

【００１８】さらに、請求項６の発明は内部電極を誘電
体物質で支持している。これは、放電容器の直径に比べ
て長さの大きなランプを製作する際には、放電容器の中
心に内部電極を構成することが難しくなってくる。ラン
プ内部の放電は、内部電極と外部電極の距離の短くなる
箇所で発生するため内部電極は、設計された位置に正確
に位置しなければ、例えば電極の一部の偏った位置でし
か放電が起きず、放電容器全体で均一放電を得ることが
出来ない。この場合、内部電極の適度な箇所で放電容器
から内部電極を正確に設計された位置に支持することが
必須である。この支持体は誘電体でなければ、支持体と
外部電極の間で放電が生じ、本来放電すべき内部電極の
外周部から放電が生じない。従って、誘電体からなる支
持体によって内部電極を支持することによって、長さの
大きなランプを高精度に製作することが可能になる。

【００１９】さらに、請求項７の発明は支持体として合
成石英ガラスを使う。この支持体に要求される特性とし
て、放電容器内部のエキシマ光に十分耐えうる材質であ
り、放電容器内部で放電に悪影響を与える不純ガスを放
出しない材質が好ましい。この材料として、最も適して
いる材質が合成石英ガラスである。合成石英ガラスは、
放電容器の材料として一部の誘電体バリア放電ランプの
放電容器として用いられている様に、エキシマ光に対す
る耐性があり、十分真空熱処理された合成石英ガラスか
ら放出される不純ガスは僅かで、先に設置することを述
べたゲッタによって十分吸着出来るレベルの放出ガス量
であり、支持体の材質として好ましい。

【００２０】さらに、請求項８の発明は内部電極を放電
容器の外径を狭めた部分で支持させている。この支持体
は必ずしも放電容器と別の部品である必要はなく、例え
ば、放電容器の一部をＵ字型に成型し、放電容器の内径
を局部的に小さくした部分によって内部電極を支持する
ことが可能であることを発明した。この方法では、内部
電極支持体の取り付けの工程が無くなることで、ランプ
の組立が用意になる。

【００２１】さらに、請求項９の発明は、請求項１の誘
電体バリア放電ランプに放熱構造体を使った光照射装置
を提供する。一部の産業界からのランプの紫外線出力へ
の要求は非常に厳しく放電容器の外径を大きくしてラン
プ入力を増大させても、未だ紫外線出力が不十分とされ
る。このため、さらなる高出力化のためランプの冷却機
構として放熱構造体を採用するものである。前記図１
（ｂ）において放熱構造体は５で示すもので、放電容器
の一部を放熱構造体に熱的に位置において接触させる構
造がよい。さらには、放熱構造体の中に冷却水を流すな
どの冷却機構を設けることもできる。そして、誘電体バ
リア放電ランプとしては、前述のように内部電極を外部
電極に向って広がるように形成し、さらに透光空間を形
成するので内部電極と放熱構造体の間で発生した放電プ
ラズマからの紫外光も良好に窓部材から取り出すことが
できる。

【００２２】さらに、請求項１０の発明は放熱構造体に
紫外線の反射層を設けたので、より一層光取り出し効率
を高めることができる。

【００２３】

【実施例】図３は請求項１に係る本発明の第１の実施例
の誘電体バリア放電ランプを示す。（ａ）は横断面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’の断面図を示す。放電容器１
は、例えば内径３６ｍｍ、全長１１０ｍｍの全体概略円
筒状の合成石英ガラス管から成り、その一端には内部電
極２の一端が気密にとりつけられ、放電容器１の他端は
気密に閉鎖されている。内部電極２は、長尺部２１とそ
れをサポートするリング状部２２よりなる。長尺部２１
はタングステンからなる直径１ｍｍの無空棒よりなり、
リング状部２２の外周に、例えば４本取り付けられる。
リング状部２２はタングステンからなる直径２ｍｍの無
空棒よりなり長尺部２１の長手方向に５つ存在する。そ
して、内部電極２は全体として放電容器１と同軸に存在
する。すなわち、リング状部材２２によって、長尺部２
１の部分を外部電極に近づける構造を有し、本実施例で
はこのことが外部電極に向って広がるように形成してい
ることを意味している。そして、長尺部２１は直径１ｍ
ｍ程度の細い棒であるため、内部電極２の長手軸と垂直
な方向に自由に透光できるだけの空間を形成している。

【００２４】次に、放電容器１の投影面積をＳb、内部
電極の投影面積をＳeについて検討する。図４はこの投
影面積を説明するためのものであり、（ａ）は放電容器
１の投影面積をＳbを示す。すなわち、放電空間も含む
放電容器１の横断面積と考えてよい。（ｂ）は内部電極
の投影面積をＳeを示す。すなわち、放電空間を含まな
い内部電極の面積を考える。また、Ｒは誘電体バリア放
電ランプから放射される単一スペクトルに対する内部電
極での反射率である。誘電体バリア放電ランプの場合、
このスペクトルは封入物により決定され、クセノンは１
７２ｎｍ、クリプトンは１４６ｎｍ、アルゴンは１２６
ｎｍである。また、これらの混合物を封入したときもそ
こから発光する単一スペクトルを意味する。一例をあげ
ると、キセノンを封入した場合の、１７２ｎｍ光に対す
るタングステンの反射率は０．２である。この場合の上
記図３に示す実施例において、（１−Ｒ）×Ｓe／Ｓbの
値は６．６になる。

【００２５】さらに、内部電極２放電容器の一端１１に
気密に取り付ける方法は、まず直径２ｍｍのタングステ
ン棒部分にタングステンの熱膨張率と同等の熱膨張率の
ガラスを被着させ、その上に石英ガラスとタングステン
の熱膨張率の中間程度の熱膨張率を有するガラスを被着
させる、いわゆるグレーデッドシール法を使用した。内
部電極２の一端１１は放電容器１の外側に引き出され電
源に接続される。放電容器１の外面には外部電極３とし
て１００ｍｍの長さのシームレスのステンレス円筒金網
を設けられている。放電容器１には他端１２に設けた排
気管より、放電用ガスとしてキセノンを２０ｋＰａ封入
した。１２は、排気管の残部でもある。

【００２６】この放電ランプを内部電極２と外部電極３
５の間に電源によって３０ｋＨｚ，４ｋＶの高周波電圧
を印加したところ、安定な誘電体バリア放電が発生し、
その結果、波長１７２ｎｍに最大値を有する真空紫外線
が効率よく放射された。さらには、図１（ｂ）で示すよ
うに放熱構造体５を取り付けても同様に効率良い放射を
した。この実施例の誘電体バリア放電ランプの特長を纏
めると、先ず第一に、放電プラズマが内部電極の構造体
の外周部と外部電極の間で均一に発生し、第二に、内部
電極を通して反対側の放電の様子を確認することができ
る。従って内部電極の反対側の光出力が十分に取り出せ
ていることが分かる。因みに、この放電ランプのランプ
中央の外表面から３５ｍｍの位置での１７２ｎｍの放射
出力を測定すると、３８．１ｍＷ/ｃｍ²であった。ま
た、比較として、従来の放電ランプで同様に測定すると
照度は、３０ｍＷ/ｃｍ²であった。すなわち、本発明の
光の取り出し効率は、従来に比べて１．２７倍になって
いる。この場合の従来の放電ランプは、本発明の内部電
極と最大外径を同じとした金属パイプで形成している。

【００２７】以下、実施例２〜１４として、本発明の他
の実施例、特に内部電極の構造の異なるものをいくつか
紹介する。また、各実施例における（１−Ｒ）×Ｓe／
Ｓbの値、照度値を測定してその結果を図２５に示す。
測定は前記と同様の方法で行った。さらには、従来の放
電ランプとの照度値の比率も測定して計算している。図
の結果から、いずれのランプも従来ランプに比べ１．２
倍以上の光取り出し効率が得られることがわかる。ま
た、（１−Ｒ）×Ｓe／Ｓb値をみると、従来ランプが２
１．２であるのに対して、本願発明のランプは９．８よ
り小さい。すなわち、概略値として１０より小さいこと
が効果的であることが示される。特に、図の結果からみ
ると（１−Ｒ）×Ｓe／Ｓb値が５より小さい（さらに厳
密には４．４より小さい）場合には、従来ランプに比べ
１．３倍以上の光取り出し効率が得られていることがわ
かる。

【００２８】図５は本発明の誘電体バリア放電ランプの
第２の実施例を示す。内部電極を除いた構造は全て図３
に示すランプと同じである。内部電極５０は外径１０ｍ
ｍ、肉厚０．３ｍｍで直径８ｍｍの穴が開いた長さ１０
０ｍｍの金属パイプを用いている。このランプでは金属
パイプ外表面の無数の箇所と外部電極間で安定な放電が
得られ、円筒の放電容器全体ではほぼ均一な放電の状態
になった。

【００２９】図６は本発明の誘電体バリア放電ランプの
第３の実施例を示す。内部電極を除いた構造は全て図３
に示すランプと同じである。内部電極６０は素線径φ
０．２ｍｍのシームレスのタングステン円筒金網によっ
て構成され、外径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍである。こ
のランプでは金属金網外表面の無数の箇所と外部電極間
で安定な放電が得られ、円筒の放電容器全体ではほぼ均
一な放電の状態になった。

【００３０】図７は本発明の誘電体バリア放電ランプの
第４の実施例を示す。内部電極を除いた構造は全て図３
に示すランプと同じである。内部電極７０は素線径φ
１．０ｍｍのタングステン線によって二重の螺旋で構成
され、最大部の外径１０ｍｍ、二重螺旋部の長さ１００
ｍｍである。このランプでは二重螺旋の最大外径を持つ
無数の箇所と外部電極間で安定な放電が得られ、円筒の
放電容器全体ではほぼ均一な放電の状態になった。

【００３１】図８は本発明の誘電体バリア放電ランプの
第５の実施例を示す。内部電極を除いた構造は全て図３
に示すランプと同じである。内部電極８０は素線径φ
１．０ｍｍのタングステン棒に１０ｍｍ間隔で、外径１
０ｍｍのリング状に加工された同じくタングステンがス
ポット溶接によって取り付けてある。リング部の最大部
の外径１０ｍｍ、リングが付けられている部分の長さは
１００ｍｍである。このランプではリング状の金属外表
面の無数の箇所と外部電極間で安定な放電が得られ、円
筒の放電容器全体ではほぼ均一な放電の状態になった。

【００３２】図９は本発明の誘電体バリア放電ランプの
第６の実施例を示す。内部電極を除いた構造は全て図３
に示すランプと同じである。内部電極９０は素線径φ
１．０ｍｍのタングステン棒に、１５ｍｍ間隔で、外径
１０ｍｍ、幅３ｍｍのリング状に加工された肉厚０．１
ｍｍのＭｏ板がスポット溶接によって取り付けてある。
リングが付けられている部分の長さは１００ｍｍであ
る。このランプではリング状の金属外表面の無数の箇所
と外部電極間で安定な放電が得られ、円筒の放電容器全
体ではほぼ均一な放電の状態になった。

【００３３】図１０は本発明の誘電体バリア放電ランプ
の第７の実施例を示す。内部電極を除いた構造は全て図
３に示すランプと同じである。内部電極１００は素線径
φ１．０ｍｍのタングステン棒に１０ｍｍ間隔で、長さ
１０ｍｍのタングステンを×状にスポット溶接によって
取り付けてある。×状のタングステンが付けられている
部分の長さは１００ｍｍであり、×状タングステンの先
端は電界研磨によって尖った部分を研磨処理してある。
このランプでは×状のタングステン先端と外部電極間で
安定な放電が得られ、円筒の放電容器全体ではほぼ均一
な放電の状態になった。

【００３４】図１１は本発明の誘電体バリア放電ランプ
の第８の実施例を示す。内部電極を除いた構造は全て図
３に示すランプと同じである。内部電極１１０は素線径
φ１．０ｍｍのタングステン棒に１０ｍｍ間隔で、長さ
５ｍｍのタングステン棒の先端に外径３ｍｍの円形の肉
厚０．１ｍｍのＭｏ板が１２０度の間隔を開けて放射状
にスポット溶接によって取り付けている。さらに、取り
付けたれた放射状の構造体は、隣の構造体に対して放電
容器の円周方向に１８０度回転させた方向に取り付けて
ある。放射状の構造物が付けられている部分の長さは１
００ｍｍである。このランプではタングステン棒の先の
円盤状のＭｏ板の外表面と外部電極間で安定な放電が得
られ、円筒の放電容器全体ではほぼ均一な放電の状態に
なった。

【００３５】図１２は本発明の誘電体バリア放電ランプ
の第９の実施例を示す。内部電極を除いた構造は全て図
３に示すランプと同じである。内部電極１２０は素線径
φ１．０ｍｍのタングステン棒に２０ｍｍ間隔で、長さ
５ｍｍのタングステン棒の先端に、同じくφ１．０ｍｍ
のタングステン棒を長さ１５ｍｍで、放射状に４組スポ
ット溶接によって取り付けてある。放射状の構造物が付
けられている部分の長さは１００ｍｍである。このラン
プでは長さ１５ｍｍのタングステン棒外周部と外部電極
間で安定な放電が得られ、円筒の放電容器全体ではほぼ
均一な放電の状態になった。

【００３６】図１３は本発明の誘電体バリア放電ランプ
の第１０の実施例を示す。内部電極を除いた構造は全て
図３に示すランプと同じである。内部電極１３０は素線
径φ１．０ｍｍのタングステン棒に１０ｍｍ間隔で、十
字の一辺の幅を５ｍｍとして、十字状に加工された肉厚
０．１ｍｍのＭｏ板の先端３ｍｍを９０度曲げ、曲げた
部分の先端を電界研磨して角を落とした形状の板をスポ
ット溶接によって取り付けている。さらに、取り付けた
れたＭｏ板は、隣の構造体に対して放電容器の円周方向
に９０度回転させた方向に取り付けてある。Ｍｏ板が付
けられている部分の長さは１００ｍｍで、曲げられたＭ
ｏの最大外径は１０ｍｍである。このランプでは曲げ加
工したＭｏ板の外表面と外部電極間で安定な放電が得ら
れ、円筒の放電容器全体ではほぼ均一な放電の状態にな
った。

【００３７】図１４は本発明の誘電体バリア放電ランプ
の第１１の実施例を示す。内部電極、外部電極除いた構
造は全て図３に示すランプと同じである。内部電極１４
０は素線径φ１．０ｍｍのタングステン線を波型に加工
したもので、波形の電極の最大振幅は１０ｍｍである。
外部電極はいままでの実施例に示したシームレスの金網
電極とは違い、導電性塗料を幅１ｍｍで、波形電極の折
り返し面に直交する部分に密に、折り返し面に近い部分
は疎になるようにストライプ状に塗布したものである。
このランプでは波型に加工したタングステン線の無数の
箇所と外部電極間で安定な放電が得られ、円筒の放電容
器全体ではほぼ均一な放電の状態になった。

【００３８】図１５は本発明の誘電体バリア放電ランプ
の第１２の実施例を示す。内部電極を除いた構造は全て
図３に示すランプと同じである。内部電極１５０は図１
１に示す素線径φ１．０ｍｍのタングステン棒を波型に
加工したものを、波形電極を軸方向から見て内部電極と
放電容器の距離が一定になるように曲げ加工を施した電
極を二つ用いてランプ内部に軸方向から見て左右対称に
設置したものである。組み合わせた二つの電極の外径は
１０ｍｍ、曲げ加工をしてある部分の長さは１００ｍｍ
である。このランプでは波型に加工したタングステン線
の無数の箇所と外部電極間で安定な放電が得られ、円筒
の放電容器全体ではほぼ均一な放電の状態になった。

【００３９】図１６は本発明の誘電体バリア放電ランプ
の第１３の実施例を示す。内部電極を除いた構造は全て
図３に示すランプと同じである。内部電極１６０は図１
１に示す素線径φ１．０ｍｍのタングステン棒を波型に
加工したものを、波形の山の部分と谷の部分を交互に組
み合わせ、電極を軸方向から見て直交する様に交差させ
て設置したものである。組み合わせた波型の最大振幅は
１０ｍｍ、曲げ加工をしてある部分の長さは１００ｍｍ
である。このランプでは波型に加工したタングステン線
の山の外側の部分と外部電極間で安定な放電が得られ、
円筒の放電容器全体ではほぼ均一な放電の状態になっ
た。

【００４０】図１７は本発明の誘電体バリア放電ランプ
の第１４の実施例を示す。内部電極を除いた構造は全て
図３に示すランプと同じである。内部電極１７０は素線
径φ１．０ｍｍのタングステン線によって螺旋に構成さ
れ、螺旋部の外径１０ｍｍ、螺旋部の長さ１００ｍｍで
ある。このランプでは螺旋の外周部分の無数の箇所と外
部電極間で安定な放電が得られ、円筒の放電容器全体で
はほぼ均一な放電の状態になった。

【００４１】なお、以上説明した実施例１〜１４は内部
電極の構造を一例として示すものであり、寸法、材料等
は記載のものに限定されるものではない。さらには、本
発明の内部電極の構造は上記した実施例１〜１４だけに
限定されるものではなく、その他の構造も当然に含まれ
うる。

【００４２】請求項３に係る発明は内部電極の表面にア
ルミニウム薄膜を取り付けるものであるが、前記実施例
１〜１４の内側金属電極にアルミニウム箔膜を蒸着する
ことができる。アルミニウム薄膜のエキシマ光に対する
反射率は高く、このような構成にすることで、前述の
（１−Ｒ）×Ｓe／Ｓbの値をほぼ１以下にすることがで
きる。一例をあげれば、アルミニウム箔膜の１７２ｎｍ
光に対する反射率は０．９２である。また、内部電極に
アルミニウム箔膜を取り付けた場合の、従来の放電ラン
プと比較した結果を図 示す。図において、（１−Ｒ）
×Ｓe／Ｓbの値は各実施例における内部電極をアルミニ
ウム箔膜で蒸着したときの値を示し、そのときの前記測
定方法による照度を照度値Ｂに示す。また、従来の放電
ランプ、すなわち、図２に示すような透光空間を持たな
い金属パイプであってアルミニウム箔膜を施さないも
の、との照度値の比率を示す。図より、いずれのランプ
も従来ランプに比べ約１．３倍程度の照度値が得られた
ことがわかる。

【００４３】図１８に本発明の請求項４に示す誘電体バ
リア放電ランプを示す。内部電極以外は図３に示すラン
プと同じ構造となっているが、内部電極２の一部に誘電
体で覆われた部分を作ることで当該部分における放電を
実質的になくすものである。このようにすることで放電
ランプの配向特性を所望のものとすることができる。具
体的には、内部電極２はタングステンからなる直径１ｍ
ｍの無空棒４本に内径１．２ｍｍ、外径２．２ｍｍの合
成石英ガラス管１８を１本に４個ずつ計１６個取り付け
る。合成石英の管を付けた部分からは放電が生じず、前
述した照度の測定方法（ランプから３５mm離れた箇所で
の測定）により測定する。図２０に、放電ランプの長手
方向の配光照度分布を示す。ランプ端部とランプ中央部
の放射照度の差を小さくすることが出来る。

【００４４】さらに、図１９に他の具体例を紹介する。
同図は、図６に示した放電ランプの内部電極の一部に合
成石英ガラスを取り付けたものである。このように誘電
体の取付箇所を選ぶことで、その取付箇所に応じた配向
特性を得られ、前記実施例１〜１４のすべての構造、お
よびその他の構造において適用できる。

【００４５】図２１は本発明の請求項６の誘電体バリア
放電ランプを示す。図４に示した実施例１のランプの内
部電極の内部の空間に、ジルコニウムとチタンの合金で
ある粉末ゲッタ２１０が塗布されたニッケル板が設置さ
れている。これによって、点灯時間とともに放電空間に
放出される不純ガスをゲッタに吸着でき長寿命を達成で
きる。一例を挙げると、図２１に示すランプは１０００
時間点灯後の光出力は９２％を維持した。

【００４６】図２２に本発明の請求項７、８の誘電体バ
リア放電ランプを示す。図４に示した実施例１のランプ
の内部電極を、厚さ２ｍｍで中心部に直径１０．２ｍｍ
の穴の開いた外径３５．８ｍｍの合成石英の板で支持し
ている。これによって、内部電極は設計したランプ中央
の位置に正確に位置させることが出来た。

【００４７】図２３に本発明の請求項９の誘電体バリア
放電ランプを示す。図２３に示すランプは放電容器を加
工する際に、内径３６ｍｍ、外径４０ｍｍの放電容器の
中央を、内径１０．２ｍｍ、幅は約３ｍｍまで絞りこん
であり、この部分に図４に示した内部電極を挿入して支
持させている。これによって、内部電極は設計したラン
プ中央の位置に正確に位置させることが出来た。

【００４８】図２４に本発明の請求項１０の光照射装置
を示す。光照射装置はケーシング３０の一面が光透過窓
３１により形成され、ケーシング３０内に放熱構造体５
を有する。放熱構造体５は溝部分を有し、この溝に誘電
体バリア放電ランプが嵌まる形で構成される。ここで、
放電ランプの放電容器１は放熱構造体５の一部において
熱的に接触している。このようにすることで放電ランプ
の投入電力を増加させても放電容器１を効果的に冷却す
ることができる。なお、放熱構造体５の中には冷却水な
どが流れるパイプ５１を有している。さらには、この接
触する部分において、アルミニウム等の紫外線反射層を
設けることで放電ランプからの放射光をより一層高い効
率で取り出すことができる。このようにアルミニウムの
反射層を設けた構造において、前記実施例１〜１４の放
電ランプを使った場合の照度値を図２６に照度値Ｃとし
て示している。この結果からも分かるように従来の放電
ランプに比べて約１．５倍以上の照度値が得られた。な
お、放熱構造体５には放電ランプの放射光をより利用す
るという観点からＶ字の反射部材３２を設けてよい。さ
らにはケーシング３０の内部は窒素等の不活性ガスが充
填されている。

【００４９】さらに、上記の実施例では、放電容器の形
状が概略円筒状のものを例示したが、図２７に示すよう
に断面形状が矩形のものも本発明に含まれる。図２７に
おける各図は。図３に示す内部電極を使ったものを示
す。なお、外部電極の構造も（ａ）に示すように全包囲
に有するもの、（ｂ）に示すように上方と下方に有する
もの、（ｃ）に示すように板状の電極を有していてもよ
い。なお、（ｂ）、（ｃ）の外部電極の構造は、前記放
電容器が概略円筒状のものであっても適用できる。

【００５０】さらに、本発明の誘電体バリア放電ランプ
は放電容器内面に蛍光物質を塗布することで可視光を放
射するものとすることができる。

【００５１】さらに、本発明の誘電体バリア放電ランプ
は、交流高周波電圧を印加するもの、高周波パルス電圧
を印加するもの、振動波的電圧を印加するもの等種々の
ものが適用でき、そのための回路としてプシュプルイン
バータ回路やフライバック回路など種々の制御回路が適
用できる。

【００５２】

【発明の効果】放電容器内部の内部電極が放電用ガスに
接する、本発明の誘電体バリア放電ランプによって、以
下の様な効果が得られた。 １．発光管容器の軸と直交する方向に光りを取り出す場
合、及び放熱構造体を用いてランプの冷却を行う場合の
光の取り出し効率が向上する。 ２．内部電極に金属棒や金属パイプを用いる場合に比
べ、放電容器の内部での放電を起こす位置を自由に設定
出来る。 ３．内部電極の一部に誘電体を構成することで、放電を
遮断する部分を作り出すことができ、ランプの配光制御
が用意になる。 ４．内部電極に金属を用いた場合にも、放電容器内部の
空間にゲッタを設置することが容易になる。 ５．金属棒や金属パイプに比べ内部電極の重量が軽いた
め、振動による衝撃に強いランプになる。 ６．金属棒や金属パイプが太い場合に比べ、細い棒の組
み合わせで済むので、コストダウンが計れる。 ７．ランプの長さが長くなった場合に、金属電極を高精
度にランプの設計位置に保持することが難しくなるが、
その場合にも誘電体の支持体を付けることで高精度なラ
ンプを製作することが可能になる。 ８．放電容器に加工を加え内径を小さくすることで、内
部電極の支持体とすることができ、高精度なランプの製
作が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の誘電体バリア放電ランプの説明用の図
を示す。

【図２】従来の誘電体バリア放電ランプを示す。

【図３】本発明の誘電体バリア放電ランプの一実施例を
示す。

【図４】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施例
を示す。

【図５】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施例
を示す。

【図６】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施例
を示す。

【図７】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施例
を示す。

【図８】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施例
を示す。

【図９】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施例
を示す。

【図１０】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図１１】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図１２】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図１３】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図１４】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図１５】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図１６】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図１７】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図１８】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図１９】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図２０】本発明の誘電体バリア放電ランプの説明用の
図を示す。

【図２１】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図２２】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図２３】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【図２４】本発明の誘電体バリア放電ランプのを使った
光照射装置を示す。

【図２５】本発明の誘電体バリア放電ランプの効果を示
す。

【図２６】本発明の誘電体バリア放電ランプの効果を示
す。

【図２７】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施
例を示す。

【符号の説明】

１ 放電容器 ２ 内部電極 ３ 外部電極 ４ 電源 ５ 放熱構造体

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電容器の中に誘電体バリア放電によって
   エキシマ分子を形成する放電用ガスを充填し、この放電
   容器の中で放電用ガスに直接接触して配置する内部電極
   と、放電容器の外部に配置する外部電極よりなる誘電体
   バリア放電ランプにおいて、 前記内部電極は、前記外部電極に向って広がるように形
   成されるとともに、当該内部電極は放電容器の径方向に
   放射光が突き抜けることができる透光空間を形成してい
   ることを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
2. 【請求項２】前記放電容器内部の投影面積をＳb、前記
   内部電極の投影面積をＳe、この内部電極に用いられる
   材料のエキシマ光の中心発光波長での反射率をＲとした
   ときに、（１−Ｒ）×Ｓｅ／Ｓｂの値が１０以下である
   ことを特徴とする請求項１の誘電体バリア放電ランプ。
3. 【請求項３】前記内部電極の表面にアルミニウム薄膜を
   取り付けたことを特徴とする請求項１の誘電体バリア放
   電ランプ。
4. 【請求項４】前記内部電極は誘電体に覆われた部分を一
   ヶ所以上持つことを特徴とする請求項１の誘電体バリア
   放電ランプ。
5. 【請求項５】前記内部電極は当該電極によって形成され
   る非放電空間内にゲッタを取り付けたことを特徴とする
   請求項１の誘電体バリア放電ランプ。
6. 【請求項６】前記内部電極は、誘電体からなる構成物で
   放電容器に支持されていることを特徴とする請求項１の
   誘電体バリア放電ランプ。
7. 【請求項７】前記支持体は合成石英ガラスにより構成さ
   れることを特徴とする請求項７に記載の誘電体バリア放
   電ランプ。
8. 【請求項８】前記内部電極は放電用容器の外径を狭めた
   部分によって支持されていることを特徴とする請求項１
   に誘電体バリア放電ランプ。
9. 【請求項９】誘電体バリア放電ランプと、この誘電体バ
   リア放電ランプの放電容器と一部において熱的に接触し
   てなる放熱構造体と、誘電体バリア放電ランプから放熱
   構造体とは反対側に向けて放射される紫外光を透過する
   窓ガラスよりなる光照射装置において、 前記誘電体バリア放電ランプは、請求項１に記載のもの
   であることを特徴とする光照射装置。
10. 【請求項１０】前記放電容器が放熱構造体を熱的に接触
    する部分には、誘電体バリア放電ランプから放射される
    紫外線を反射する層を設けたことを特徴とする請求項９
    の光照射装置。